在焊接工程領(lǐng)域,焊接工程師需要深入熟知一系列術(shù)語,這些術(shù)語廣泛涵蓋了焊接工藝、材料科學(xué)、質(zhì)量控制以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等多個(gè)關(guān)鍵方面。以下將對(duì)各類關(guān)鍵術(shù)語進(jìn)行詳細(xì)分類及深入解釋:
一、焊接方法相關(guān)術(shù)語
電弧焊(Arc Welding)
這是一種利用電弧所產(chǎn)生的高熱量來熔化金屬從而實(shí)現(xiàn)焊接的方法,在實(shí)際應(yīng)用中極為廣泛。它又細(xì)分為多種具體焊接方式,包括 SMAW(手工電弧焊) ,這種焊接方式依靠焊工手工操作焊條,靈活性高,適用于各種復(fù)雜環(huán)境和不同位置的焊接作業(yè),但對(duì)焊工的技能要求較高,焊接質(zhì)量受人為因素影響較大; GMAW(氣體保護(hù)金屬極電弧焊/MIG焊) ,它以連續(xù)送進(jìn)的焊絲作為電極,并利用惰性氣體或混合氣體保護(hù)電弧和熔池,焊接速度快、熔敷效率高,常用于焊接有色金屬和不銹鋼等材料; GTAW(鎢極惰性氣體保護(hù)焊/TIG焊) ,采用純鎢或活化鎢(釷鎢、鈰鎢等)作為電極,惰性氣體保護(hù),焊接過程穩(wěn)定,焊縫質(zhì)量高,特別適合焊接薄件和對(duì)質(zhì)量要求極高的精密部件 。
電阻焊(Resistance Welding)
通過讓電流通過金屬接觸面,利用其產(chǎn)生的電阻熱使金屬達(dá)到熔點(diǎn)并焊接在一起。其中, 點(diǎn)焊(Spot Welding) 是在焊件接觸面上形成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的焊點(diǎn),常用于薄板的連接,像汽車車身的制造中就大量運(yùn)用點(diǎn)焊工藝,能有效保證車身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的同時(shí)減輕車身重量; 縫焊(Seam Welding) 則是通過滾輪電極連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng),形成連續(xù)焊縫,密封性好,常應(yīng)用于制造各種容器和管道。
激光焊(Laser Welding)
利用高能激光束作為熱源,能量高度集中,能夠快速熔化材料實(shí)現(xiàn)精密焊接。該技術(shù)具有焊接速度快、熱影響區(qū)小、焊縫窄且美觀、無需填充材料等優(yōu)點(diǎn),常用于電子元件、醫(yī)療器械、航空航天等對(duì)焊接精度和質(zhì)量要求極高的領(lǐng)域,例如航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的焊接,激光焊可以確保葉片在復(fù)雜工況下的性能和可靠性。
釬焊(Brazing/Soldering)
使用熔點(diǎn)低于母材的填充金屬(釬料),通過加熱使釬料熔化,利用液態(tài)釬料對(duì)母材的潤濕和毛細(xì)作用填充接頭間隙,并與母材相互擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)連接。根據(jù)釬料熔點(diǎn)不同,分 硬釬焊(Brazing) ,其釬料熔點(diǎn)高于450℃,接頭強(qiáng)度較高,常用于受力較大、工作溫度較高的零部件連接,如刀具的刀頭與刀桿的連接; 軟釬焊(Soldering) ,釬料熔點(diǎn)低于450℃,接頭強(qiáng)度較低,主要用于電子元件的連接,如電路板上電子器件的焊接。
二、焊縫及接頭類型
對(duì)接接頭(Butt Joint)
兩工件端面相對(duì)平行放置所形成的接頭形式,這種接頭受力均勻,是焊接結(jié)構(gòu)中最常見、應(yīng)用最廣泛的接頭形式之一,例如壓力容器的筒體與封頭的連接,對(duì)接接頭能保證容器的密封性和強(qiáng)度。
角接接頭(Corner Joint)
兩工件邊緣成一定角度(通常為90°)進(jìn)行連接的接頭,主要用于構(gòu)建直角或近似直角的結(jié)構(gòu)部位,在建筑鋼結(jié)構(gòu)、機(jī)械制造等領(lǐng)域應(yīng)用較多,如鋼梁與鋼柱的連接節(jié)點(diǎn)處可能會(huì)用到角接接頭。
坡口(Groove)
為了使焊縫能夠充分填充并保證焊接質(zhì)量,在焊件待焊部位加工出的一定形狀的開口。常見的坡口形式有 V型坡口 ,加工簡單,常用于較薄焊件的焊接; U型坡口 ,其底部較寬,焊縫根部容易焊透,焊接殘余應(yīng)力較小,適用于較厚焊件; J型坡口 ,結(jié)合了V型和U型坡口的部分特點(diǎn),在一些特定結(jié)構(gòu)的焊接中發(fā)揮作用。
熔深(Penetration)
焊接過程中母材被熔化的深度,它是影響焊縫強(qiáng)度的關(guān)鍵因素之一。合適的熔深能保證焊縫與母材之間的良好結(jié)合,使接頭具備足夠的承載能力。如果熔深不足,焊縫與母材之間的結(jié)合不牢固,容易導(dǎo)致接頭強(qiáng)度降低,在承受載荷時(shí)可能發(fā)生斷裂;而熔深過大,則可能會(huì)造成焊件燒穿或產(chǎn)生過大的焊接變形。
母材(Base Metal)
即被焊接的原始材料,其自身的化學(xué)成分、力學(xué)性能等特性對(duì)焊接質(zhì)量有著根本性的影響。不同類型的母材,如碳鋼、合金鋼、不銹鋼、鋁合金等,具有不同的焊接性能,需要選擇與之匹配的焊接方法、焊接材料和焊接工藝參數(shù)。
焊材(Filler Metal)
焊接時(shí)添加的金屬材料,如焊條、焊絲等。焊材的選擇應(yīng)綜合考慮母材的種類、焊接接頭的性能要求以及焊接方法等因素。合適的焊材能夠保證焊縫的化學(xué)成分、力學(xué)性能與母材相匹配,從而確保焊接接頭的質(zhì)量和可靠性。
熱影響區(qū)(HAZ, Heat-Affected Zone)
在焊接過程中,母材受熱但未達(dá)到熔化狀態(tài)的區(qū)域。由于該區(qū)域經(jīng)歷了復(fù)雜的熱循環(huán)過程,其組織和性能會(huì)發(fā)生顯著變化,容易產(chǎn)生組織粗化、硬化、軟化等現(xiàn)象,同時(shí)還可能產(chǎn)生殘余應(yīng)力,這些都可能對(duì)焊接接頭的整體性能產(chǎn)生不利影響,在焊接工藝設(shè)計(jì)和質(zhì)量控制中需要重點(diǎn)關(guān)注。
金相組織(Metallographic Structure)
指金屬材料的微觀組織結(jié)構(gòu),如馬氏體、奧氏體、鐵素體等。不同的金相組織具有不同的性能特點(diǎn),對(duì)焊接性能有著重要影響。例如,馬氏體組織硬度高、脆性大,在焊接過程中容易產(chǎn)生裂紋;而奧氏體組織塑性好、韌性高,但焊接時(shí)容易出現(xiàn)晶間腐蝕等問題。了解母材和焊縫金屬的金相組織變化規(guī)律,有助于優(yōu)化焊接工藝,提高焊接質(zhì)量。
三、焊接缺陷與檢測(cè)
氣孔(Porosity)
在焊縫中由于殘留氣體未能及時(shí)逸出而形成的空洞。氣孔的存在會(huì)減小焊縫的有效承載面積,降低接頭的強(qiáng)度和致密性,還可能成為裂紋源,嚴(yán)重影響焊接結(jié)構(gòu)的安全性。氣孔的產(chǎn)生原因主要與焊接材料中的水分、油污,焊接過程中的氣體保護(hù)效果以及焊接工藝參數(shù)等因素有關(guān)。
夾渣(Slag Inclusion)
熔渣在焊接過程中未完全清除而殘留在焊縫中的雜質(zhì)。夾渣會(huì)降低焊縫的強(qiáng)度和韌性,影響焊接接頭的力學(xué)性能,還可能導(dǎo)致應(yīng)力集中,增加裂紋產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)。夾渣通常是由于焊接過程中熔渣上浮困難、操作不當(dāng)或焊接材料質(zhì)量問題等原因造成的。
裂紋(Crack)
焊接或冷卻過程中在焊件中產(chǎn)生的縫隙,是一種危害性極大的焊接缺陷。根據(jù)產(chǎn)生的溫度和原因不同,分為 熱裂紋 ,一般產(chǎn)生于焊縫金屬的結(jié)晶過程中,主要是由于焊接過程中的低熔點(diǎn)共晶物、焊接應(yīng)力等因素導(dǎo)致; 冷裂紋 ,通常在焊接冷卻到較低溫度時(shí)產(chǎn)生,與氫的擴(kuò)散、焊接接頭的淬硬組織以及焊接殘余應(yīng)力等因素密切相關(guān)。裂紋的存在會(huì)嚴(yán)重削弱焊接結(jié)構(gòu)的承載能力,甚至可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的突然失效。
無損檢測(cè)(NDT, Non-Destructive Testing)
是一種在不破壞被檢測(cè)對(duì)象的前提下,檢測(cè)焊縫質(zhì)量的方法。常見的無損檢測(cè)方法包括 X射線檢測(cè) ,利用X射線穿透焊件,根據(jù)不同密度物質(zhì)對(duì)X射線吸收程度的差異來檢測(cè)內(nèi)部缺陷,能夠清晰顯示焊縫中的氣孔、夾渣、裂紋等缺陷的形狀和位置; 超聲波檢測(cè)(UT) ,通過超聲波在焊件中的傳播特性來發(fā)現(xiàn)缺陷,對(duì)于內(nèi)部體積型缺陷和面積型缺陷都有較高的檢測(cè)靈敏度,特別適用于檢測(cè)厚壁焊件; 磁粉檢測(cè)(MT) ,適用于檢測(cè)鐵磁性材料表面和近表面的缺陷,利用缺陷處漏磁場(chǎng)吸附磁粉的原理來顯示缺陷的位置和形狀 。
四、工藝參數(shù)與規(guī)范
焊接電流(Welding Current)
是影響熔深和焊接速度的關(guān)鍵參數(shù)。焊接電流增大,電弧熱量增加,熔深隨之增大,焊接速度也可相應(yīng)提高;但電流過大,可能導(dǎo)致焊件燒穿、飛濺增加、焊縫組織過熱等問題;電流過小,則會(huì)出現(xiàn)熔深不足、未焊透、夾渣等缺陷,因此需要根據(jù)焊件的材質(zhì)、厚度、焊接位置等因素合理選擇焊接電流。
預(yù)熱(Preheating)
在焊接前對(duì)母材進(jìn)行加熱的操作。預(yù)熱能夠降低焊接接頭的冷卻速度,減少淬硬傾向,防止冷裂紋的產(chǎn)生。對(duì)于一些淬硬傾向較大的鋼材,如高強(qiáng)度合金鋼,預(yù)熱是必不可少的焊接工藝措施。預(yù)熱溫度需要根據(jù)母材的化學(xué)成分、厚度、結(jié)構(gòu)剛性以及焊接環(huán)境溫度等因素綜合確定。注意層間溫度,預(yù)熱溫度等術(shù)語。
后熱(Post-Heating)
焊接完成后對(duì)焊件進(jìn)行加熱的過程,主要目的是消除殘余應(yīng)力,改善焊縫和熱影響區(qū)的組織和性能。后熱還可以促使焊縫中的氫擴(kuò)散逸出,進(jìn)一步降低冷裂紋的產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)。后熱的溫度和時(shí)間也需要根據(jù)具體情況進(jìn)行合理控制。
焊接線能量(Heat Input)
指單位長度焊縫輸入的熱量,焊接線能量直接影響焊縫的熱循環(huán)過程,進(jìn)而影響焊縫和熱影響區(qū)的組織和性能。合適的線能量能夠保證焊縫具有良好的力學(xué)性能和抗裂性能,線能量過大或過小都可能導(dǎo)致焊接質(zhì)量問題。在實(shí)際焊接過程中,需要根據(jù)母材的種類和厚度、焊接方法以及接頭形式等因素,通過調(diào)整焊接電流、電壓和焊接速度來控制焊接線能量。
五、標(biāo)準(zhǔn)與認(rèn)證
AWS(美國焊接學(xué)會(huì))標(biāo)準(zhǔn)
如 AWS D1.1(鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范),該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)焊接的各個(gè)方面,包括焊接材料的選擇、焊接工藝評(píng)定、焊接接頭的設(shè)計(jì)與制造、焊接質(zhì)量檢驗(yàn)等都做出了詳細(xì)規(guī)定,在全球鋼結(jié)構(gòu)焊接領(lǐng)域具有廣泛的影響力,許多國家和地區(qū)在鋼結(jié)構(gòu)焊接工程中都參考或直接采用該標(biāo)準(zhǔn)。
ISO 3834
是焊接質(zhì)量管理的國際標(biāo)準(zhǔn),它規(guī)定了金屬材料熔化焊的質(zhì)量要求,涵蓋了從焊接工藝評(píng)定、人員資質(zhì)、焊接設(shè)備管理到焊接過程控制和質(zhì)量檢驗(yàn)等整個(gè)焊接生產(chǎn)過程的質(zhì)量管理體系要求,有助于確保焊接產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性和可靠性,促進(jìn)國際貿(mào)易和技術(shù)交流。
ASME IX
美國機(jī)械工程師協(xié)會(huì)的焊接工藝評(píng)定標(biāo)準(zhǔn),主要用于評(píng)定焊接工藝是否能夠滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)和使用要求。通過對(duì)焊接工藝進(jìn)行嚴(yán)格的評(píng)定和驗(yàn)證,確保焊接接頭具備良好的力學(xué)性能和質(zhì)量,在機(jī)械制造、壓力容器、管道等行業(yè)的焊接工程中得到廣泛應(yīng)用。
六、安全與環(huán)保術(shù)語
焊接煙塵(Welding Fume)
焊接過程中產(chǎn)生的有害氣體和顆粒物,其成分復(fù)雜,可能含有金屬氧化物、氟化物、氮氧化物等有害物質(zhì)。長期吸入焊接煙塵會(huì)對(duì)焊工的呼吸系統(tǒng)造成損害,引發(fā)塵肺病、焊工金屬熱等職業(yè)病。因此,在焊接作業(yè)場(chǎng)所必須采取有效的通風(fēng)措施,如安裝局部通風(fēng)裝置或全面通風(fēng)系統(tǒng),以降低焊接煙塵的濃度,保護(hù)焊工的身體健康。
電弧光(Arc Flash)
焊接時(shí)產(chǎn)生的高強(qiáng)度紫外線和紅外線輻射,其能量極高,對(duì)眼睛和皮膚具有很強(qiáng)的傷害性。如果焊工在焊接過程中未佩戴合適的防護(hù)面罩,短時(shí)間內(nèi)受到電弧光照射,可能會(huì)導(dǎo)致眼睛刺痛、流淚、畏光等癥狀,嚴(yán)重時(shí)可引起電光性眼炎;對(duì)皮膚的照射則可能導(dǎo)致皮膚灼傷、紅腫、脫皮等。所以,佩戴符合標(biāo)準(zhǔn)的防護(hù)面罩和防護(hù)服裝是防止電弧光傷害的關(guān)鍵措施。
MSDS(材料安全數(shù)據(jù)表)
提供了焊接材料的化學(xué)安全信息,包括焊接材料的成分、物理化學(xué)性質(zhì)、危險(xiǎn)性概述、急救措施、消防措施、泄漏應(yīng)急處理、操作處置與儲(chǔ)存等內(nèi)容。焊接工程師和焊工在使用焊接材料前,必須認(rèn)真查閱MSDS,了解其潛在的危害和安全注意事項(xiàng),以便采取相應(yīng)的防護(hù)措施,確保作業(yè)安全。
七、其他關(guān)鍵術(shù)語
稀釋率(Dilution):
指母材與焊材在焊縫中的混合比例。稀釋率的大小會(huì)影響焊縫的化學(xué)成分和力學(xué)性能,在焊接過程中需要根據(jù)具體要求合理控制稀釋率。例如,在堆焊工藝中,為了保證堆焊層的性能,需要盡量降低稀釋率;而在某些異種金屬焊接中,則需要考慮稀釋率對(duì)焊縫成分和性能的影響,選擇合適的焊接材料和工藝參數(shù) 。
層間溫度(Interpass Temperature):
多層焊時(shí),相鄰焊道之間的溫度控制至關(guān)重要。合適的層間溫度能夠保證前一層焊縫的性能不受后續(xù)焊接熱循環(huán)的不利影響,同時(shí)有助于減少焊接應(yīng)力和變形,防止裂紋的產(chǎn)生。層間溫度的控制范圍需要根據(jù)母材的材質(zhì)、厚度、焊接工藝等因素確定。
回火色(Temper Color):
在不銹鋼焊接后,由于高溫氧化作用,其表面會(huì)產(chǎn)生一層具有不同顏色的氧化膜,這些顏色被稱為回火色?;鼗鹕梢苑从吵龊附舆^程中的溫度變化情況,不同的回火色對(duì)應(yīng)著不同的氧化程度和溫度范圍。例如,淺黃色通常表示較低的溫度,而深藍(lán)色則表示溫度較高。通過觀察回火色,可以初步判斷焊接過程是否正常,以及焊接接頭的質(zhì)量是否存在潛在問題。
飛濺(Spatter):
焊接過程中,部分熔融金屬從焊縫中飛濺出來形成的顆粒。飛濺不僅會(huì)造成焊接材料的浪費(fèi),還可能影響焊接接頭的外觀質(zhì)量,甚至在焊件表面形成硬質(zhì)點(diǎn),影響后續(xù)加工和使用。飛濺的產(chǎn)生與焊接電流、電壓、焊接方法、焊接材料以及焊件表面狀態(tài)等多種因素有關(guān),在實(shí)際焊接過程中需要采取相應(yīng)的措施減少飛濺的產(chǎn)生,如選擇合適的焊接工藝參數(shù)、使用優(yōu)質(zhì)的焊接材料以及對(duì)焊件表面進(jìn)行預(yù)處理等。
對(duì)于焊接工程師而言,全面、深入地掌握這些術(shù)語,是實(shí)現(xiàn)高效溝通、精準(zhǔn)優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)以及確保焊接質(zhì)量嚴(yán)格符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)。在實(shí)際工作中,由于不同行業(yè)(如航空航天、船舶、管道、汽車制造等)對(duì)焊接質(zhì)量和工藝有著不同的要求,焊接工程師還需要緊密結(jié)合具體應(yīng)用場(chǎng)景,進(jìn)一步深化對(duì)這些術(shù)語的理解和運(yùn)用,不斷積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),以應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜的焊接工程挑戰(zhàn)。